JP4986945B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換部上に設けられる複数本の細線電極を備える太陽電池の製造方法に関する。
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換できるため、新しいエネルギー源として期待されている。
一般的に、太陽電池は、受光により光生成キャリアを生成する光電変換部と、光電変換部から光生成キャリアを収集する複数本の細線電極とを備える。各細線電極は、スクリーン印刷法やオフセット印刷法などの印刷法によって、導電性ペーストを光電変換部上に印刷することにより形成される。
ここで、スクリーン印刷法によって導電性ペーストを複数回重ねて印刷することによって各細線電極を形成する手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法によれば、各細線電極の表面を平坦にすることができるため、低温環境で使用される高抵抗な導電性ペーストを用いても、各細線電極の電気抵抗が大きくなることを抑制できる。
特開平１１−１０３０８４号公報
しかしながら、光電変換部上に印刷された導電性ペーストは流動性を有するため、導電性ペーストが光電変換部上で滲み広がるという問題があった。このように、導電性ペーストが光電変換部上で滲み広がると細線電極の線幅が大きくなるため、光電変換部の受光面積が減少してしまう。
特に、このような問題は、光電変換部における光の吸収効率を向上させることを目的として光電変換部の表面に複数の凸部を形成した場合に生じやすい。具体的には、導電性ペーストは、各凸部間の空間（谷部）に沿って滲み広がる。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、導電性ペーストが光電変換部上で滲み広がることを抑制可能な太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一の特徴に係る太陽電池の製造方法は、光電変換部と、光電変換部上に順次形成された第１導電層及び第２導電層をそれぞれ含む複数本の細線電極とを備える太陽電池の製造方法であって、光電変換部上に第１導電性材料を印刷することによって、第１導電層を形成する工程Ａと、第１導電層上に第２導電性材料を印刷することによって、第２導電層を形成する工程Ｂとを備え、第１導電性材料を印刷する第１印刷速度は、第２導電性材料を印刷する第２印刷速度よりも速いことを要旨とする。
本発明の一の特徴に係る太陽電池の製造方法によれば、第１印刷速度を第２印刷速度より速くするため、第１導電性材料の量を少なくすることができる。従って、第１導電性材料が光電変換部上で滲み広がることを抑制できる。また、第２印刷速度を第１印刷速度よりも遅くするため、第２導電性材料の量を多くするとともに、第１導電性材料による表面張力によって第２導電層の線幅を小さく保つことができる。その結果、各細線電極の高さを大きくすることができるため、各細線電極の電気抵抗を小さくすることができる。
本発明の一の特徴において、第1印刷速度は、スクリーン版上に配置された第１導電性材料を光電変換部上に押し出すためのスキージの移動速度であり、第２印刷速度は、スクリーン版上に配置された第２導電性材料を第１導電層上に押し出すためのスキージの移動速度であってもよい。
本発明の一の特徴において、第1印刷速度は、ブランケット上に配置された第１導電性材料を光電変換部上に転写する転写速度であり、第２印刷速度は、ブランケット上に配置された第２導電性材料を第１導電層上に転写する転写速度であってもよい。
本発明の一の特徴において、第１導電性材料と第２導電性材料とは、同一材料であってもよい。
本発明の一の特徴に係る太陽電池の製造方法は、工程Ａと工程Ｂとの間に、第１導電層を加熱処理する工程Ｃを備えていてもよい。
本発明によれば、導電性ペーストが光電変換部上で滲み広がることを抑制可能な太陽電池の製造方法を提供することができる。
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（太陽電池の構成）
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池１０の受光面側の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池１０の受光面側の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。
図１及び図２に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０と、複数本の細線電極３０と、接続用電極４０とを備える。
光電変換部２０は、太陽光が入射する受光面（図２の上面）と、受光面の反対側に設けられる裏面（図２の下面）とを有する。受光面と裏面とは、太陽電池１０の主面である。
光電変換部２０は、半導体ウェハを用いて形成される半導体ｐｎ接合又は半導体ｐｉｎ接合を有しており、受光によって光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部２０に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部２０は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ等の結晶系半導体材料により構成される半導体ウェハを含む。本実施形態では、光電変換部２０は、単結晶シリコンウェハと非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟むことによって、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ結合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ構造を有する。具体的には、図２に示すように、光電変換部２０は、ｎ型単結晶シリコンウェハ２１の一主面上に順次形成されたｉ型非晶質シリコン層２２、ｐ型非晶質シリコン層２３及びＩＴＯ層２４と、ｎ型単結晶シリコンウェハ２１の他主面上に順次形成されたｉ型非晶質シリコン層２５、ｎ型非晶質シリコン層２６及びＩＴＯ層２７とを備える。
ここで、図２に示すように、ｎ型単結晶シリコンウェハ２１の一主面及び他主面には、複数の凸部（テクスチャ）が形成されている。
複数本の細線電極３０は、光電変換部２０から光生成キャリアを収集する電極である。複数本の細線電極３０は、図１に示すように、光電変換部２０の受光面略全域にわたって形成される。複数本の細線電極３０は、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストや、焼結型導電性ペースト（いわゆる、セラミックペースト）などの導電性材料によって形成することができる。なお、各細線電極３０の寸法、形状及び本数は、光電変換部２０のサイズや物性などを考慮して適当な本数に設定することができる。例えば、光電変換部２０の寸法が約１００ｍｍ角である場合には、幅０．０３〜０．１５ｍｍ、高さ０．０１〜０．０５ｍｍの細線電極３０を約５０本形成することができる。
ここで、本実施形態において、各細線電極３０は、図２に示すように、光電変換部２０上に順次形成された第１導電層３１及び第２導電層３２を含む。第１導電層３１及び第２導電層３２それぞれは、印刷法を用いて、上述の導電性材料によって形成される。
接続用電極４０は、複数の太陽電池１０を互いに電気的に直列又は並列に接続する配線材（不図示）を接続するための電極である。接続用電極４０は、複数本の細線電極３０と交差するように形成され、各細線電極３０と電気的に接続される。接続用電極４０は、各細線電極３０と同様の材料を用いて形成できる。なお、接続用電極４０の寸法、形状及び本数は、光電変換部２０のサイズや物性などを考慮して適当な本数に設定することができる。例えば、光電変換部２０の寸法が約１００ｍｍ角である場合には、幅０．３〜２．０ｍｍ、高さ０．０１〜０．０５ｍｍの接続用電極４０を２本形成することができる。
本実施形態では、図２に示すように、各細線電極３０及び接続用電極４０は光電変換部２０の裏面上にも形成されるが、これに限られるものではない。例えば、細線電極３０は、光電変換部２０の裏面略全面を覆うように形成されていてもよい。本発明は、光電変換部２０の裏面上に形成される細線電極３０及び接続用電極４０の形状を限定するものではない。
（太陽電池の製造方法）
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
まず、ｎ型単結晶シリコンウェハ２１にエッチング処理を施すことにより、ｎ型単結晶シリコンウェハ２１の表面に微細な凹凸（テクスチャ）を形成する。
次に、ｎ型単結晶シリコンウェハの一主面上に、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて、ｉ型非晶質シリコン層２２、ｐ型非晶質シリコン層２３を順次形成する。同様に、ｎ型単結晶シリコンウェハ２１の他主面上に、ｉ型非晶質シリコン層２５、ｎ型非晶質シリコン層２６を順次形成する。
次に、スパッタ法などを用いて、ｐ型非晶質シリコン層２３上にＩＴＯ層２４を形成するとともに、ｎ型非晶質シリコン層２６上にＩＴＯ層２７を形成する。
次に、スクリーン印刷法を用いて、光電変換部２０上に第１導電性材料３１Ｓを印刷することによって、第１導電層３１を形成する。具体的には、図３に示すように、スクリーン版５１上に配置された第１導電性材料３１Ｓを、スキージ５２によって光電変換部２０上に押し出す。スクリーン版５１において、メッシュ状のワイヤー（紗）をコーティングする乳剤は、各細線電極３０のパターンに対応するように取り除かれている。第１導電性材料３１Ｓは、スクリーン版５１のうち乳剤が取り除かれた領域を介して、光電変換部２０上に押し出される。
続いて、スクリーン印刷法によって、第１導電層３１上に第２導電性材料３２Ｓを印刷することによって、第２導電層３２を形成する。具体的には、図４に示すように、スクリーン版５１上に配置された第２導電性材料３２Ｓを、スキージ５２によって光電変換部２０上に押し出す。第２導電性材料３２Ｓは、スクリーン版５１のうち乳剤が取り除かれた領域を介して、第１導電層３１上に押し出される。第１導電性材料３１Ｓは未乾燥であるため、第１導電層３１上に印刷された第２導電性材料３２Ｓに表面張力が作用する。図５は、光電変換部２０上に形成された複数本の細線電極３０を示す図である。
ここで、図３に示すように、第１導電性材料３１Ｓが印刷される第１印刷速度Ｖ１は、スキージ５２の移動速度である。また、図４に示すように、第２導電性材料３２Ｓが印刷される第２印刷速度Ｖ２は、スキージ５２の移動速度である。本実施形態では、第１印刷速度Ｖ１は、第２印刷速度Ｖ２よりも速い。
第１印刷速度Ｖ１及び第２印刷速度Ｖ２は、例えば、３０〜２００ｍｍ／ｓｅｃに設定することができるが、これに限られるものではない。第１印刷速度Ｖ１及び第２印刷速度Ｖ２は、第１導電性材料３１Ｓ及び第２導電性材料３２Ｓの粘度や各細線電極３０の線幅に応じて適宜設定されることが好ましい。
また、接続用電極４０は、複数本の細線電極３０の形成と同時に形成することができる。この場合、接続用電極４０に対応するパターンで乳剤が取り除かれていればよい。
次に、百数十度で加熱することにより、第１導電性材料３１Ｓ及び第２導電性材料３２Ｓを硬化させる。
（作用・効果）
本実施形態に係る太陽電池１０の製造方法において、第１導電性材料３１Ｓが印刷される第１印刷速度Ｖ１は、第２導電性材料３２Ｓが印刷される第２印刷速度Ｖ２よりも速い。
本実施形態に係る太陽電池１０の製造方法において、第１導電性材料３１Ｓが印刷される第１印刷速度Ｖ１は、第２導電性材料３２Ｓが印刷される第２印刷速度Ｖ２よりも速い。
ここで、第１印刷速度Ｖ１と第１導電層３１の線幅との関係と、第２印刷速度Ｖ２と第２導電層３２の線幅との関係とを図６に示す。なお、図６に示す値は、５０ｍｍ／ｓｅｃで形成された第１導電層３１の線幅の値によって規格化されている。
図６に示すように、各導電層の線幅は、各印刷速度が速くなるほど小さくなる傾向がある。これは、各印刷速度が速くなるほど、導電性材料がスクリーン版から押し出される量が少なくなるためである。
また、第２導電層３２の線幅は、第１導電層３１の線幅よりも小さくなる傾向がある。これは、第１導電性材料３１Ｓは、光電変換部２０の表面に形成されたテクスチャによって滲み広がり易い一方、第２導電性材料３２Ｓは、第１導電性材料３１Ｓによる表面張力の作用を受け、滲み広がり難いためである。
本実施形態によれば、第１印刷速度Ｖ１は第２印刷速度Ｖ２よりも速いため、第１導電性材料３１Ｓが押し出される量は少なくなる。従って、第１導電性材料３１Ｓが光電変換部２０上で滲み広がることを抑制することができる。その結果、第１導電層３１の線幅を小さくすることができるため、光電変換部２０の受光面積の拡大を図ることができる。
また、第２印刷速度Ｖ２は第１印刷速度Ｖ１よりも遅いため、第２導電性材料３２Ｓが押し出される量は多くなるとともに、第１導電性材料３１Ｓによる表面張力によって第２導電層３２の線幅を小さく保つことができる。その結果、各細線電極３０の高さを大きくすることができるため、各細線電極３０の電気抵抗を小さくすることができる。
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上述した実施形態では、各細線電極３０が２層構造を有するものとして説明したが、各細線電極３０が２層以上の構造を有していてもよい。この場合、３層目以上の層の印刷速度は、上記第１印刷速度Ｖ１よりも大きいことが好ましい。
また、上述した実施形態では、スクリーン印刷法によって複数本の細線電極３０を形成するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、オフセット印刷法によって複数本の細線電極３０を形成することができる。具体的には、ブランケット上に所定のパターンで配置された第１導電性材料３１Ｓを光電変換部２０上に転写することによって、第１導電層３１を形成することができる。同様に、ブランケット上に所定のパターンで配置された第２導電性材料３２Ｓを第１導電層３１上に転写することによって、第２導電層３２を形成することができる。この場合、第１印刷速度Ｖ１は、第１導電性材料３１Ｓを光電変換部２０上に転写する転写速度（ブランケットの回転速度又は光電変換部２０の移動速度）である。第２印刷速度Ｖ２は、第２導電性材料３２Ｓを第１導電層３１上に転写する転写速度（ブランケットの回転速度又は光電変換部２０の移動速度）である。
また、上述した実施形態では特に触れていないが、第１導電層３１に加熱処理を施すことによって第１導電層３１の溶剤を蒸発させた後に、第１導電層３１上に第２導電層３２を形成してもよい。これによって、第２導電層３２中の溶剤が第１導電層３１中に吸収されるので、第２導電層３２の線幅をより小さくすることができる。なお、第１導電層３１に施す加熱処理の条件は、第１導電層３１中の溶剤のうち少なくとも一部が蒸発し、かつ、第１導電層３１が硬化しない条件であればよい。
また、上述した実施形態では、第１導電性材料３１Ｓと第２導電性材料３２Ｓとを同種材料としたが、異種材料であってもよい。
また、上述した実施形態では、ＨＩＴ型太陽電池に本発明を適用した場合について説明したが、薄膜型太陽電池など他の太陽電池に本発明を適用してもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
以下、本発明に係る太陽電池の実施例について具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
（太陽電池の作製）
比較例及び実施例に係る太陽電池を次のように作製した。
比較例及び実施例に係る太陽電池を次のように作製した。
まず、１０４ｍｍ角のｎ型単結晶シリコンウェハに異方性エッチング処理を施すことによって、ｎ型単結晶シリコンウェハの表面に複数の凸部（テクスチャ）を形成した。
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコンウェハの一主面上に約１０ｎｍ厚のｉ型非晶質シリコン層及び約１０ｎｍ厚のｐ型非晶質シリコン層を順次積層した後、他主面上に約１０ｎｍ厚のｉ型非晶質シリコン層及び約１０ｎｍ厚のｎ型非晶質シリコン層を順次積層した。続いて、スパッタ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層上及びｎ型非晶質シリコン層上にＩＴＯ膜を形成した。
次に、スクリーン印刷法を用いて、光電変換部上に樹脂型導電性ペーストを重ねて印刷することによって、細線電極及び接続用電極を形成した。
樹脂型導電性ペーストの第１印刷速度Ｖ１と第２印刷速度Ｖ２とを表１に示すように設定して、比較例１〜４及び実施例１〜３に係る太陽電池を１００枚ずつ作製した。
表１に示すように、比較例１〜４では、第１印刷速度Ｖ１を第２印刷速度Ｖ２と同等或いは第２印刷速度Ｖ２よりも遅くした。一方で、実施例１〜３では、第１印刷速度Ｖ１を第２印刷速度Ｖ２よりも速くした。
（太陽電池特性の比較）
比較例１〜４及び実施例１〜３に係る太陽電池について、太陽電池特性を測定した。測定結果を表２に示す。なお、表２では、比較例１の測定値によって規格化した値を示している。
比較例１〜４及び実施例１〜３に係る太陽電池について、太陽電池特性を測定した。測定結果を表２に示す。なお、表２では、比較例１の測定値によって規格化した値を示している。
表２に示すように、実施例１〜３に係る太陽電池特性は、比較例１〜４に係る太陽電池特性よりも良好であった。
これは、実施例１〜３に係る太陽電池では、第１印刷速度Ｖ１を速くすることによって各細線電極の線幅を小さくすることができたとともに、第２印刷速度Ｖ２を遅くすることによって細線電極の高さを大きくすることができたためである。なお、実施例１〜３に係る太陽電池では、比較例１〜３に係る太陽電池と比較して、受光面積を約３％拡大することができた。
一方、比較例１，２，３では、第１印刷速度Ｖ１を遅くしたため、細線電極の線幅が実施例１〜３よりも大きくなった。その結果、光電変換部の受光面積が減少し、ＩＳＣが低下した。
また、比較例２，３，４では、第２印刷速度Ｖ２を速くしたため、細線電極の高さが実施例１〜３よりも小さくなった。その結果、細線電極の電気抵抗が大きくなり、Ｆ．Ｆ．が低下した。
以上より、第１印刷速度Ｖ１を第２印刷速度Ｖ２よりも速くすることによって、細線電極の線幅を小さく、かつ、細線電極の高さを大きくできることが確認された。
１０…太陽電池、２０…光電変換部、２１…ｎ型単結晶シリコンウェハ、２２…ｉ型非晶質シリコン層、２３…ｐ型非晶質シリコン層、２４…ＩＴＯ層、２５…ｉ型非晶質シリコン層、２６…ｎ型非晶質シリコン層、２７…ＩＴＯ層、３０…細線電極、３１…第１導電層、３１Ｓ…第１導電性材料、３２…第２導電層、３２Ｓ…第２導電性材料、４０…接続用電極、５１…スクリーン版、５２…スキージ
Claims (5)
- 光電変換部と、前記光電変換部上に順次形成された第１導電層及び第２導電層をそれぞれ含む複数本の細線電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
前記光電変換部上に第１導電性材料を印刷することによって、前記第１導電層を形成する工程Ａと、
前記第１導電層が完全に硬化する前に前記第１導電層上に第２導電性材料を印刷することによって、前記第２導電層を形成する工程Ｂとを備え、
前記第１導電性材料を印刷する第１印刷速度は、前記第２導電性材料を印刷する第２印刷速度よりも速い
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記第1印刷速度は、スクリーン版上に配置された前記第１導電性材料を前記光電変換部上に押し出すためのスキージの移動速度であり、
前記第２印刷速度は、前記スクリーン版上に配置された前記第２導電性材料を前記第１導電層上に押し出すための前記スキージの移動速度である
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第1印刷速度は、ブランケット上に配置された前記第１導電性材料を前記光電変換部上に転写する転写速度であり、
前記第２印刷速度は、前記ブランケット上に配置された前記第２導電性材料を前記第１導電層上に転写する転写速度である
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１導電性材料と前記第２導電性材料とは、同一材料である
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記工程Ａと前記工程Ｂとの間に、前記第１導電層を加熱処理する工程Ｃを備える
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の太陽電池の製造方法。
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